[發明專利]車身結構輕量化優化方法

在審

• 申請號: 201711342396.8
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN107832570A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 王西;許春鐵;李利;艾明昱
• 申請（專利權）人: 重慶長安汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 重慶華科專利事務所50123
• 代理人: 譚小琴

技術領域

本發明屬于汽車NVH技術，具體涉及一種車身結構輕量化優化方法。

背景技術

汽車開發技術的發展使車企間的競爭越來越激烈。如何在縮短研發周期與降低開發成本的同時達成性能目標成為中國自主車企面臨的新挑戰。隨著仿真開發技術的進步，CAE在解決上述問題中的作用越來越顯著。根據各結構優化方法的特點，在車身正向開發過程中綜合運用各優化方法實現車身輕量化變得越來越重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種車身結構輕量化優化方法，使設計車身在滿足性能要求的前提下，能極大提升了材料利用率和產品的競爭力。

本發明所述的車身結構輕量化優化方法，包括以下步驟：

步驟A、輕量化目標制定

根據整車各項性能目標設定車身輕量化目標；

步驟B、車身拓撲優化

結合設計車型的基礎結構、CAS面（汽車初步造型面）設計以及內部空間定義建立拓撲優化車身模型，創建設計空間，在創建好設計空間后，基于步驟A制定的車身輕量化目標定義拓撲優化參數，在拓撲優化參數設置完后進行拓撲優化求解，得到車身的整體框架拓撲優化結構，根據車身結構拓撲優化結果對車身結構設計進行指導，得到開發車型詳細的車身結構模型；

步驟C．車身結構形貌優化

基于詳細的車身結構模型，針對需要起筋優化的部件或結構建立形貌優化模型，根據性能要求和載荷工況設置形貌優化的約束條件和目標，根據形貌優化后的結果優化車身結構；

步驟D．車身尺寸和形狀優化

基于載荷工況和性能目標建立車身的尺寸和形狀優化模型，設計變量為零件料厚、梁結構橫截面屬性及形狀參數，根據車身尺寸和形狀優化后的結果優化車身結構；

步驟E．車身性能驗證

對步驟D得到的車身結構進行全面的車身性能驗證，若車身性能或輕量化目標未達標，則返回步驟B，直到車身性能和輕量化目標均達標。

進一步，所述步驟A中，所述車身輕量化目標包括車身的各項結構性能指標和車身質量；

所述結構性能指標包括車身剛度、模態和碰撞性能。

進一步，所述步驟B中：所述設計空間是通過封閉原有幾何或者有限元網格，形成體網格單元；車身拓撲優化的設計空間為地板、立柱和頂蓋。

進一步，所述步驟B中：所述拓撲優化參數包括拓撲優化的載荷工況、拓撲優化的約束條件和目標；

拓撲優化的載荷工況是涉及全局性、整體性結構布置的載荷，其包括全局性的剛度載荷、模態頻率和碰撞載荷；

拓撲優化的目標是加權頻率最小化，約束是體積分數和扭轉彎曲剛度目標值。

對設計空間設置制造工藝約束，包括成員尺寸控制、脫模、模式組和模式重復。

進一步，所述步驟C中：

形貌優化的目標為設定響應函數的最小值或者最大值；

形貌優化的約束條件為剛度的位移值和模態頻率值。

所述步驟D中，尺寸優化和形狀優化前先通過靈敏度來辨別對某項性能有關鍵影響的零件；能夠有效提升優化效率，同時減輕低靈敏度零件的質量，達到輕量化的目的。

進一步，所述步驟D中，車身尺寸優化指零件料厚優化，零件料厚優化的目標為優化零件的質量為最小，約束條件為車身性能目標中設定的車身剛度值和模態值。

進一步，所述步驟D中，所述形狀優化的目標為優化區域的質量最小，約束條件為車身或局部剛度和模態值。

本發明的有益效果：本方法貫穿車身正向開發的整個流程。從概念設計階段開始，通過拓撲優化獲取各載荷工況下的車身載荷傳遞路徑，從而得到車身主要承力部件最合理的布置方案。在詳細設計階段，綜合運用形貌優化、尺寸優化和形狀優化技術，得到車身鈑金件最合理的加強筋布置形狀、梁結構最合理的截面形狀、料厚尺寸及車身焊點分布等。在車身開發過程中，該方法能夠使設計車身在滿足性能要求的前提下，極大地提升了材料利用率和產品的競爭力。

附圖說明

圖1為本發明的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示的車身結構輕量化優化方法，包括以下步驟：

步驟A、輕量化目標制定

輕量化目標制定的前提是整車性能目標制定。參考競爭車型和原平臺車型的摸底分析，由整車各項性能目標分解得到車身輕量化目標；所述車身輕量化目標包括車身的各項結構性能指標（車身剛度、模態和碰撞性能）和車身質量（即減重目標）。

步驟B、車身拓撲優化